CN107835901A - 用于冰淇淋冷冻机的自调节泵 - Google Patents

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Abstract

一种用于冰淇淋冷冻机的自调节齿轮泵(10)和一种用于自适应地控制用于冰淇淋冷冻机的泵的闭合压力(PCLOSE)的控制单元(20)。齿轮泵系统包括：泵壳体(11)；用于接收冰淇淋混合物的液体食品产品的入口(12)；用于将冰淇淋混合物转移到冰淇淋冷冻机(40)的冷冻缸(41)中的出口(15)，其中经由直接穿通泵壳体(11)的至少一个孔(191,192)向泵的可移动泵盖(16)供应闭合空气压力，由此移动所述可移动泵盖(16)抵靠星形轮(14)而使所述泵(10)闭合；以及通过空气压力调节器(100)向泵提供计算的闭合空气压力(PCLOSE)的控制单元(20)。

Description

用于冰淇淋冷冻机的自调节泵
技术领域
本发明涉及一种用于冰淇淋冷冻机的自调节泵，并且具体涉及一种用于自适应地控制冰淇淋冷冻机的泵的闭合压力的控制单元。
背景技术
冰淇淋冷冻机允许连续冷冻和搅打冰淇淋混合物与空气，以生产冰淇淋和其他冷冻甜点。通常，冰淇淋冷冻机使用入口齿轮泵将冰淇淋混合物送入冷冻缸。恒定的气流与混合物一起被供给到气缸中。在通过汽缸的过程中，空气由搅拌器和内部打浆器搅拌成混合物。围绕气缸的制冷剂提供冷冻。不锈钢刀片从气缸内壁刮下冷冻的冰淇淋，第二个齿轮泵将冰淇淋推向前方进行填充或挤压。
每个齿轮泵的运行状态由机械固定的泵盖控制，其在一定程度上可手动调节。泵由螺纹销和固定螺母调节，由此控制叶轮相对于星形轮的位置，从而调节叶轮、星形轮和泵盖之间的间隙。
传统的冰淇淋冷冻机中的泵系统的调节过程麻烦，并且如果调节被错误地执行，也可能导致泵的过度磨损或高泄漏。
因此，用于冰淇淋冷冻机的改进的泵系统将是有利的。
发明内容
因此，本发明的目的是克服或减轻上述问题。
本发明的一个构想是通过允许对所述间隙进行自调节来消除对用于冰淇淋冷冻机的泵的间隙进行手动调节的需要。
根据一个方面，提供了一种用于自适应地控制冰淇淋冷冻机的入口齿轮泵的闭合压力的控制单元。入口齿轮泵包括：泵壳体；用于接收冰淇淋混合物的液体食品产品的入口；以及用于将冰淇淋混合物转移到冰淇淋冷冻机的冷冻缸中的出口。所述入口连接到驱动星形轮的叶轮，所述星形轮又连接到所述出口。经由直接穿通所述泵壳体设置的至少一个孔供应闭合空气压力到所述泵的可移动泵盖上，从而移动所述可移动泵盖抵靠所述星形轮而使所述泵闭合。所述控制单元被配置为：
接收在泵的入口处的液体食品产品供应压力(PIN，P1)的第一测量值，
接收在泵的出口处的液体食品产品出口压力(POUT，P2)的第二测量值，
计算通过泵(10)上的液体食品产品出口压力(POUT，P2)与所述液体食品产品供应压力(PIN，P1)之间的压差确定的闭合空气压力(PCLOSE)，以及
经由所述泵壳体中的所述至少一个孔通过空气压力调节器的方式将计算的所述闭合空气压力(PCLOSE)供应到所述可移动泵盖，从而迫使所述可移动泵盖抵靠所述星形轮，由此闭合所述泵。
根据另一方面，提供了一种用于自适应地控制冰淇淋冷冻机的出口齿轮泵的闭合压力的控制单元。该出口齿轮泵包括：泵壳体；用于从冰淇淋冷冻机的冷冻缸接收冷冻冰淇淋的液体食品产品的入口，以及用于转移冷冻冰淇淋以进行填充或挤压的出口。所述入口连接到驱动星形轮的叶轮，星形轮又连接到所述出口。经由直接穿通所述泵壳体设置的至少一个孔供应闭合空气压力到所述泵的可移动泵盖上，从而移动所述可移动泵盖抵靠所述星形轮。所述控制单元还被配置为：
接收在泵的入口处的液体食品产品供应压力(PIN，P2)的第一测量值，
接收在泵的出口处的液体食品产品出口压力(POUT，P3)的第二测量值，
计算通过泵(10)上的所述液体食品产品出口压力(POUT，P3)与所述液体食品产品供应压力(PIN，P2)之间的压差确定的闭合空气压力(PCLOSE)，以及
经由泵壳体中的至少一个孔通过空气压力调节器的方式将计算的闭合空气压力(PCLOSE)供应到可移动泵盖，从而迫使可移动泵盖抵靠星形轮，由此闭合泵。
根据又一方面，提供了一种用于冰淇淋冷冻机的齿轮泵系统。该系统包括：齿轮泵，该齿轮泵包括泵壳体、用于接收冰淇淋混合物的液体食品产品的入口以及用于将冰淇淋混合物转移到冰淇淋冷冻机的冷冻缸中的出口，其中所述入口连接到驱动星形轮的叶轮，所述星形轮又连接到所述出口，其中经由直接穿通所述泵壳体设置的至少一个孔供应闭合空气压力到所述泵的可移动泵盖上，从而移动所述可移动泵盖抵靠所述星形轮而使所述泵闭合；以及，根据权利要求1或与权利要求1结合的权利要求3所述的控制单元，经由所述泵壳体中的所述至少一个孔通过所述空气压力调节器的方式将计算的所述闭合空气压力(PCLOSE))供应至所述泵。
根据又一方面，提供了一种用于冰淇淋冷冻机的齿轮泵系统。该系统包括：齿轮泵，该齿轮泵包括泵壳体、用于从冰淇淋冷冻机的冷冻缸接收冷冻冰淇淋的液体食品产品的入口，以及用于转移冷冻冰淇淋以用于填充或挤压的出口，其中所述入口连接到驱动星形轮的叶轮，所述星形轮又连接到所述出口，其中通过至少一个穿过泵壳体提供的孔向泵的可移动泵盖供应闭合空气压力从而移动所述可移动的泵盖抵靠星形轮而使所述泵闭合。该系统还包括根据权利要求2或与权利要求2结合的权利要求3所述的控制单元，用于经由泵壳体中的至少一个孔通过空气压力调节器的方式向所述泵供应计算的闭合空气压力。
根据另一方面，提供了包括齿轮泵系统的冰淇淋冷冻机和齿轮泵系统。
根据一个方面，提供了一种用于适应性地闭合冰淇淋冷冻机的齿轮泵的方法。该方法包括：
接收在所述泵的入口处的液体食品产品供应压力(PIN，P1，P2)的第一测量值；
接收在所述泵的出口处的液体食品产品出口压力(POUT，P2，P3)的第二测量值；
计算由所述泵(10)上的所述液体食品产品出口压力(POUT，P2，P3)和所述液体食品产品供应压力(PIN，P1，P2)之间的压差确定的闭合空气压力；以及
经由所述泵的泵壳体(11)中的至少一个孔通过空气压力调节器的方式将所计算的闭合空气压力供应到所述泵的可移动泵盖，从而迫使可移动泵盖抵靠所述泵的星形轮，由此闭合所述泵。
附图说明
通过参照附图对本发明的优选实施方式的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述内容以及其它目的、特征和优点，其中：
图1示出了根据一个实施方式的泵；
图2示出了根据一个实施方式的控制单元的功能框图；
图3示出了根据一个实施方式的泵系统；
图4示出了根据一个实施方式的冰淇淋冷冻机；和
图5示出了根据一个实施方式的在冰淇淋冷冻机中控制泵的方法。
具体实施方式
本发明的一个构想是用可移动泵盖替换普遍已知的机械固定的、手动可调的泵盖，该可移动泵盖在泵中的位置被气动控制。气动空气压力可以施加在其背面上。空气压力使泵盖压靠在星形轮和叶轮上，从而在运行期间闭合泵。空气压力由控制单元控制并且被作为泵上的压差的函数进行调整。
根据实施方式的泵涉及多个优点。例如，它消除了手动调节，从而消除了可能导致泵的过度磨损或高泄漏的错误调节的风险。此外，由于对作为实际压差的函数的闭合压力进行调节，泵的磨损减少。而且，由于泵的整个寿命期间的连续调节，泵的功能性更精确，即允许更少的泄漏。
图1示出了根据一个实施方式的泵10。泵10包括泵壳体11、用于接收液体或冷冻食品的入口12(未示出)。叶轮13和星形轮14迫使液体食品产品朝向出口15。该泵具有两个功能，或者用于控制通过泵的稳定流动或者控制在入口上的压力。泵盖包括头部161和杆部162。可移动泵盖16可沿轴向移动以与叶轮13接合和分离。杆部162被密封地且可滑动地配置到闭合隔壁181，该闭合隔壁181刚性地连接到泵壳体11。此外，杆部162被固定地配置到开放隔壁182，开放隔壁182被密封地且可滑动地配置到泵壳体的内壁。
泵壳体还包括至少一个第一孔191，该第一孔191直接穿过泵壳体19设置，以用于接收来自空气压力调节器(未示出)的气动闭合压力。第一孔191接入形成在闭合隔壁181与可移动泵盖16的头部161之间的腔171。当将气动压力引入到腔171中时，头部161被压靠在星形轮14，同时杆部162相对于闭合隔壁181沿图1的左方向上密封地滑动。与此同时，固定地配置到杆部162的开放隔壁182将向左移动。
泵壳体还包括至少一个第二孔192，该第二孔192直接穿过泵壳体11设置，以用于接收来自空气压力调节器(未示出)的气动开放压力。第二孔192接入形成在闭合隔壁181和开放隔壁182之间的腔172。当气动压力被引入到腔172中时，随着开放隔壁182被迫离开闭合隔壁181，头部161被迫离开星形轮14，由此在原位清洗(CIP)开放状态期间允许通过泵自由流动。因此，在这种情况下，杆部162相对于闭合隔壁181沿图1的右方向上密封地滑动。同时，固定地配置到杆部162的开放隔壁182将向右移动。
在自调节泵中叶轮13的位置是固定的。通过控制泵盖16的位置来调节星形轮14和叶轮之间的闭合距离。泵盖的位置由气孔191和192控制。通过191增加空气将增加压力到182和161的闭合侧，从而保持封闭的CIP状态。在这种情况下，没有空气添加到192。为了变换到开放的原位清洗状态，空气被添加到192，并从191释放。这将使泵盖反向移动到开放位置。当泵处于封闭的CIP状态时，例如，处于生产状态，但当空气被添加到192并且从191中释放时，泵中的产品将会产生反压，这将迫使泵开放。通过知道产品的这种压力，可以通过191增加足够的空气压力，这将确保星形轮、泵盖和叶轮之间的间隙被最小化，从而最小化部件的磨损，并且提供尽可能高的性能。
优选地，通过至少第一孔191引入的气动压力与通过至少第二孔192引入的气动压力成相反关系。因此，当通过至少第一孔191引入压力时，压力将通过至少一个孔192从泵壳体释放。
通过至少第一和第二孔191,192引入的气动压力可以通过空气压力调节器100的方式提供。空气压力调节器由具有处理能力的控制单元20控制，该控制单元自适应地控制空气压力调节器的操作模式，特别是提供给泵的闭合和开放压力。
图2示出根据一个实施方式的控制单元20的操作的框图。控制单元20被布置成接收21食品产品供应压力PIN的第一测量值，所述第一测量值指示经由其入口12进入泵的流体供应压力。控制单元还被布置成接收22食品出口压力P2的第二测量值，该第二测量值指示经由出口15离开泵的流体出口压力。此外，控制单元布置成计算23由泵10上的食品产品出口压力POUT与液体食品产品供应压力PIN之间的压差确定的闭合空气压力。控制单元进一步被配置为经由泵壳体11中的至少一个孔191通过空气压力调节器100的方式将所计算的闭合空气压力PCLOSE供应24到泵盖161，由此迫使泵盖161抵靠星形轮14，从而闭合泵10。控制器还可以被配置为经由泵壳体中的至少一个孔192供应所计算的开放压力POPEN，由此将泵盖从星形轮释放，从而开放泵10。
由于通常情况下两个泵被布置在冰淇淋冷冻机中，并且在同一冰激凌冷冻机中处于不同的物理位置，对于每个泵，食品产品供应压力和食品产品出口压力可能不同。
为了本说明的目的，根据一个实施方式的位于冰淇淋冷冻机的冷冻缸之前的用于泵的食品产品供应压力由参考标记P1表示。同一个泵的食品产品出口压力表示为P2。此外，根据一个实施方式的位于冰淇淋冷冻机的冷冻缸之后的用于泵的食品产品供应压力由参考标记P2表示。同一个泵的食品出口压力表示为P3。
图3示出了根据一个实施方式的用于冰淇淋冷冻机的泵系统30。该泵系统包括至少两个位于冷冻缸41两侧的根据图1的泵。食品产品供应压力P1、P2和食品产品出口压力P2、P3在图3中示出。每个泵在操作上连接到控制单元20，以用于基于泵上的压差来控制泵的闭合空气压力PCLOSE。
在图3中示出了两个控制单元20。然而，应该理解的是，对两个泵均进行控制的功能可以被布置在单个单元中。
在一个实施方式中，闭合空气压力PCLOSE基于以下公式：
闭合空气压力[bar]＝压差*0,5+0,5
由于通过对开放隔壁182和头部161两者施加压力，因此由空气压力产生的闭合力加倍。
在一个实施方式中，根据图4，提供了冰淇淋冷冻机40。图4类似于图3，然而在图4中，冷冻缸41被包括在冰淇淋冷冻机40中，而在图3中，泵系统30不包括冷冻缸41。
在一个实施方式中，根据图5，提供了一种控制泵10的操作的方法。该方法包括51接收51食品产品供应压力PIN的第一测量值，所述第一测量值指示经由其入口12进入泵的流体供应压力。该方法进一步包括接收52食品产品出口压力P2的第二测量值的步骤，该第二测量值指示经由出口15离开泵的流体出口压力。此外，该方法包括计算23由在食品产品出口压力POUT和液体食品产品供应压力PIN之间的压差确定的闭合空气压力。该方法进一步包括经由泵壳体11中的至少一个孔191通过空气压力调节器100的方式将计算的闭合空气压力PCLOSE供应54到泵盖161的步骤，从而迫使泵盖161压靠在星形轮14，从而闭合泵10。供应步骤54还可以包括经由泵壳体11中的至少一个孔192供应54所计算的流体的开放空气压力POPEN，由此将泵盖从星形轮上释放，由此开放泵10。
尽管上面的描述主要是参照用于冰淇淋冷冻机的泵进行的，但是应该理解的是，所公开的自调节机构可以被结合到用于除冰淇淋之外的其他应用的泵中，该其他应用诸如来自乳制品和肉类工业的各种食品相关产品，还有咖啡提取。
此外，主要参照几个实施方式描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了以上公开的实施方式以外的其他实施方式同样可能在由所附权利要求限定的本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于自适应地控制冰淇淋冷冻机(40)的入口齿轮泵(10)的闭合压力的控制单元(20)，所述入口齿轮泵包括：泵壳体(11)；用于接收冰淇淋混合物的液体食品产品的入口(12)；以及用于将所述冰淇淋混合物转移到所述冰淇淋冷冻机(40)的冷冻缸(41)中的出口(15)，所述入口(12)连接到驱动星形轮(14)的叶轮(13)，所述星形轮(14)又连接到所述出口(15)，其中经由直接穿通所述泵壳体(11)设置的至少一个孔(191,192)供应闭合空气压力到所述泵(10)的可移动泵盖(16)上，从而移动所述可移动泵盖(16)抵靠所述星形轮(14)而使所述泵(10)闭合，其中所述控制单元构造成：
接收(21)在所述泵(10)的所述入口(12)处的液体食品产品供应压力(PIN，P1)的第一测量值，
接收(22)在所述泵(10)的所述出口(15)处的液体食品产品出口压力(POUT，P2)的第二测量值，
计算(23)由所述泵(10)上的所述液体食品产品出口压力(POUT，P2)与所述液体食品产品供应压力(PIN，P1)之间的压差确定的闭合空气压力(PCLOSE)，
经由所述泵壳体(11)中的所述至少一个孔(191,192)通过空气压力调节器(100)将计算的所述闭合空气压力(PCLOSE)供应(24)到所述可移动泵盖(16)，从而迫使所述可移动泵盖(16)抵靠所述星形轮(14)，由此闭合所述泵(10)。
2.一种用于自适应地控制冰淇淋冷冻机(40)的出口齿轮泵(10)的闭合压力的控制单元(20)，所述出口齿轮泵(10)包括：泵壳体(11)；用于从所述冰淇淋冷冻机(40)的冷冻缸(41)接收冷冻冰淇淋的液体食品产品的入口(12)；以及用于转移冷冻冰淇淋以用于填充或挤压的出口(15)，所述入口(11)连接到驱动星形轮(14)的叶轮(13)，所述星形轮(14)又连接到所述出口(15)，其中经由直接穿通所述泵壳体(11)设置的至少一个孔(191,192)供应闭合空气压力到所述泵的可移动泵盖(16)上，从而移动所述可移动泵盖(16)抵靠所述星形轮(14)而使所述泵(10)闭合，其中所述控制单元构造成：
接收(21)在所述泵(10)的所述入口(12)处的液体食品产品供应压力(PIN，P2)的第一测量值，
接收(22)在所述泵(10)的所述出口(15)处的液体食品产品出口压力(POUT，P3)的第二测量值，
计算(23)由所述泵(10)上的所述液体食品产品出口压力(POUT，P3)与所述液体食品产品供应压力(PIN，P2)之间的压差确定的闭合空气压力(PCLOSE)，
经由所述泵壳体(11)中的至少一个孔(191,192)通过空气压力调节器(100)将计算的所述闭合空气压力(PCLOSE)供应(24)到所述可移动泵盖(16)，从而迫使所述可移动泵盖(16)抵靠所述星形轮(14)，由此闭合所述泵(10)。
3.根据权利要求1或2所述的控制单元(20)，其中所述控制单元被配置为使用以下公式计算所述闭合空气压力：
闭合空气压力[bar]＝压差*0,5+0,5。
4.根据权利要求1和2或与权利要求1和权利要求2结合的权利要求3所述的控制单元(20)被布置在单个单元中。
5.一种用于冰淇淋冷冻机(40)的齿轮泵(30)系统，其包括：
齿轮泵(10)，其包括：泵壳体(11)；用于接收冰淇淋混合物的液体食品产品的入口(12)；用于将冰淇淋混合物转移到所述冰淇淋冷冻机(40)的冷冻缸(41)中的出口(15)，其中所述入口(11)连接到驱动星形轮(14)的叶轮(13)，所述星形轮(14)又连接到所述出口(15)，其中经由直接穿通所述泵壳体(11)设置的至少一个孔(191,192)供应闭合空气压力到所述泵(10)的可移动泵盖(16)上，从而移动所述可移动泵盖(16)抵靠所述星形轮(14)而使所述泵(10)闭合，以及
根据权利要求1或与权利要求1结合的权利要求3所述的控制单元(20)，用于经由所述泵壳体(11)中的所述至少一个孔(191,192)通过所述空气压力调节器(100)的方式将计算的所述闭合空气压力(PCLOSE))供应至所述泵。
6.一种用于冰淇淋冷冻机(40)的齿轮泵(10)系统，包括：
齿轮泵(10)，其包括：泵壳体(11)；用于从所述冰淇淋冷冻机(40)的冷冻缸(41)接收冷冻冰淇淋的液体食品产品的入口(12)；以及用于转移冷冻冰淇淋以用于填充或挤压的出口(15)，所述入口(12)连接到驱动星形轮(14)的叶轮(13)，所述星形轮(14)又连接到所述出口(15)，其中经由直接穿过泵壳体(11)提供的至少一个孔向泵的可移动泵盖(16)提供闭合空气压力，从而移动所述可移动泵盖(16)抵靠星形轮(14)而使所述泵(10)闭合，以及
根据权利要求2或与权利要求2结合的权利要求3所述的控制单元(20)，用于经由所述泵壳体(11)中的所述至少一个孔通过所述空气压力调节器(100)的方式向所述泵供应计算的闭合空气压力。
7.一种冰淇淋冷冻机(40)，其包括根据权利要求5所述的齿轮泵系统和根据权利要求6所述的齿轮泵系统(30)。
8.一种用于自适应地闭合冰淇淋冷冻机(40)的齿轮泵(30)的方法(50)，其包括以下步骤：
接收(51)在所述泵(10)的入口(12)处的液体食品产品供应压力(PIN，P1，P2)的第一测量值；
接收(52)在所述泵(10)的出口(15)处的液体食品产品出口压力(POUT，P2，P3)的第二测量值；
计算由所述泵(10)上的所述液体食品产品出口压力(POUT，P2，P3)和所述液体食品产品供应压力(PIN，P1，P2)之间的压差确定的闭合空气压力；以及
经由所述泵的泵壳体(11)中的至少一个孔(191,192)通过空气压力调节器(100)的方式将所计算的闭合空气压力供应(54)到所述泵的可移动泵盖(16)，从而迫使所述可移动泵盖(16)抵靠所述泵的星形轮(14)，由此闭合所述泵(10)。
9.根据权利要求8所述的方法(50)，其中，使用以下公式执行计算闭合空气压力的步骤：
闭合空气压力[bar]＝压差*0,5+0,5。
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